螺旋桨多种工况敞水性能数值预报

为快速、简便、低成本地获取螺旋桨多种工况下推力系数和转矩系数,根据螺旋桨基本参数,推导并建立空间三维螺旋桨型值点数学模型,并采用Matlab语言进行编程,将计算得到的型值点导入前处理软件,建立光滑的三维螺旋桨模型.以某型AU桨为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法对其在黏性流场中的正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退4种工况的敞水性能进行数值模拟,给出不同进速系数时的推力系数、转矩系数、桨叶表面压力分布.结果表明,绝大部分计算值与试验值吻合良好,可满足工程应用的要求.     

RANS方法和升力面理论预报螺旋桨敞水性能比较研究

利用CFX软件,通过求解雷诺平均的Navier-Stokes(简称RANS)方程和使用标准的两方程k-ε湍流模型对MAU4-50螺旋桨进行了敞水性能预报,同时应用基于势流理论的升力面方法加粘性修正对同一螺旋桨进行了计算.为了评价两种方法的预报精度,将计算结果与试验值进行了对比.对于推力系数,RANS和升力面理论的平均误差分别为3.8%和12.7%;对于扭矩系数,RANS和升力面理论的平均误差分别为6.2%和7.4%.RANS和升力面理论计算得到的敞水效率的平均误差分别为-3.94%和3.69%.结果表明,RANS的计算精度高于升力面理论,但前者的计算成本高.     

大侧斜螺旋桨敞水性能的RANSEs模拟

采用求解基于雷诺时均处理的流场控制方程计算和分析了大侧斜螺旋桨在进速系数J=0.2～1.0范围内的敞水性能和流场流动特征并与实验数据进行了比较.选择SSTκ-ω二方程紊流模型对湍流进行模拟.结果表明:推力系数与实验值有很好的一致性,误差小于3%;力矩系数较实验值偏大,误差在5%以内,且变化趋势稳定;敞水效率曲线变化趋势与实验一致,最高效率点与实验相同;即使在设计工况附近,螺旋桨尾流仍然存在明显的切向旋转速度;桨叶吸力面靠近叶梢部分存在低压区;r=0.7R叶切面压差最大点位于切面最大厚度处,与切面所能承受最大压应力位置一致.最后计算确定了该螺旋桨模型桨敞水实验时对应的临界雷诺数为7.6×105,与实验情况吻合.该值较国内教科书中提到的ITTC给定临界雷诺数3.0×105要大.     

对转螺旋桨敞水性能数值预报

建立了对转螺旋桨敞水性能数值预报模型,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法结合SSTk-ω湍流模型研究了美国泰勒水池的2组对转螺旋桨的敞水性能,通过滑移网格处理前后桨之间的相对运动,分析了前、后桨非定常推力系数和扭矩系数的变化规律.通过与试验数据的比较,结果表明:采用RANS方法结合SSTk-ω湍流模型能够较准确地预报对转螺旋桨的敞水性能;对于前后桨叶数相等的对转螺旋桨,采取小的时间步长能够提高数值预报精度,而对于前后桨叶数不等的对转螺旋桨,可以适当地加大时间步长.     

沉深变化对螺旋桨水动力性能影响的数值分析

为了分析桨轴沉深对螺旋桨水动力性能的影响,采用VOF方法对某型桨在静水状态下、不同沉深时的水动力性能进行了研究.采用混合网格技术.根据沉深的不同选用不同的计算域模型来进行网格的划分.通过静水中某沉深下螺旋桨推力系数、转矩系数以及效率的计算结果与实验值的对比,验证了研究结果的正确性.由结果分析得知:随着进速系数的增大,桨轴沉深对螺旋桨推力系数、转矩系数的影响逐渐减小,而对效率的影响逐渐增大,且螺旋桨对自由液面的抽吸位置逐渐后移,扰动越来越小.     

螺旋桨吸气及其水动力性能

本文选择一组几何相似桨模和一组直径相同桨模进行了近自由液面下变沉深、变转速的敞水试验.在分析试验结果的基础上,提出了螺旋桨吸气试验的相似准则,提供了判断发生局部吸气和全吸气的近似公式,以及吸气后螺旋桨水动力性能的近似估算方法,并探讨了吸气情况下螺旋桨轴承力的脉动.     

船用螺旋桨敞水性能影响因素的模拟分析

以DTMB 4119螺旋桨为研究对象,应用ISIGHT软件集成型值点计算、模型建立、网格划分和仿真计算等分析模块,并引入试验设计和统计方法,分析得到螺距、拱度、纵倾角和弦长因素对螺旋桨敞水性能的影响,并且通过将模拟分析结果与实验数据对比,验证了数值计算的正确性。研究发现:螺距对螺旋桨敞水性能影响最为明显,其次为弦长、拱度和纵倾角,并且跟纵倾角的影响相比,因素间的二次项、交互项的影响更为明显。     

螺旋桨模型敞水试验的不确定度分析

参照ITTC(2017)推荐规范与我国相关标准和规范,对螺旋桨敞水试验进行不确定度分析.根据敞水试验的流程梳理不确定度源;基于不确定度分析的基本原理及不确定度传播原理,结合其测量函数,分析了敞水试验的A类不确定度和B类不确定度对于试验结果的影响;补充了 ITTC(2017)对于敞水试验的不确定度分析方法;对进速系数、推...     

襟翼舵的敞水及桨后水动力性能研究

采用面元法对螺旋桨与襟翼舵相互干扰水动力性能进行计算,两者之间的相互干扰采用迭代处理.计算了敞水中襟翼舵与普通舵的法向力系数,并与试验值进行了比较.敞水计算结果显示,与普通舵相比,襟翼舵的法向力系数有了较大的提高,同时襟翼舵的转舵比对于襟翼舵水动力性能的影响比较大.在敞水襟翼舵的基础上,计算了螺旋桨与襟翼舵相互干扰的水动力性能.与敞水襟翼舵相比,桨后襟翼舵在相同舵角的情况下,法向力系数增大,但增加的幅度不同.还计算了襟翼舵在转舵比为1/4、进速系数为0.5时襟翼舵某剖面在敞水及桨后的表面压力系数分布情况.     

迭代型体积力法预报船舶推进性能

摘要： 应用计算流体动力学的方法（CFD）,采用迭代型体积力法,耦合螺旋桨势流涡格法（VLM）和船体周围黏性流场RANS（Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,代替真实螺旋桨的作用,即将VLM法计算得到的推力和转矩分布插值后作为源项加载到RANS方程中,将RANS方程得到的流速扣减诱导速度后得到实效伴流作为VLM法计算的进流条件,计算得到新的推力和转矩值,重复迭代直至螺旋桨的推力变化达到收敛要求.在无舵情况下对集装箱船KCS(KRISO Container Ship)的自由面黏性流场进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好.整个计算过程由集成了VLM和RANS方程的程序自动完成.研究结果表明,迭代型体积力法可以快速准确地预报船桨干扰下船体的推进性能.     

泵喷推进器空化特性数值分析

利用基于Rayleigh-Plesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发生空化时,推进器的推力和转矩明显下降,进而引起敞水效率的降低且降低幅度达15%以上;同一空化数下,随着转速的增加,泵喷推进器叶片的空化现象趋于明显;同一转速下,空化数越小,空化现象越显著,当空化数大于某一个特定值时,叶片的空化现象消失.     

复合材料螺旋桨水动力性能与结构响应数值研究

通过CFD计算复合材料螺旋桨水动力载荷,应用有限元法计算复合材料桨结构响应,并基于双向耦合算法实现复合材料螺旋桨在均匀来流下的流固耦合数值模拟.研究了不同进速系数和不同铺层角度工况复合材料螺旋桨的水动力性能及结构响应.结果表明,在进速系数J ≤ 0.8时,复合材料螺旋桨的推进效率明显高于同工况下的金属螺旋桨.随进速系数增加,复合材料螺旋桨推进效率先增加后减小,在进速系数J = 0.8时取得最大值.桨叶总变形和等效应力分布与铺层角度有较大关系.复合材料螺旋桨的螺距角较金属螺旋桨减小,减小的螺距角与桨叶攻角的变化相匹配,自适应地提高了该螺旋桨的推进效率.      

基于体积力法的船体自航性能数值预报

为实现船舶自航性能的快速预报,应用计算流体力学（CFD）方法,采用一种便捷的描述型体积力模型替代螺旋桨的作用,分别在无舵实船自航点和有舵模型自航点2种条件下对MOERI(Korea Research Institute for Ships and Ocean Engineering)集装箱船(KCS)的黏性自由面流场进行了数值模拟.依据等推力法、敞水计算和螺旋桨敞水曲线等,计算船体自航性能相关参数.计算结果与试验结果吻合良好.研究结果表明,使用描述型体积力法可以便捷而较为准确地预报船体自航性能.     

螺旋桨加速状态下空化噪声的调制特性与分析方法

研究船舶螺旋桨处于加速或减速状态下,其空化噪声幅度受到变化的旋转频率调制的特性,有助于从噪声信号中提取进出港船舶的机动特性.从空化噪声随相位周向变化的视角分析了螺旋桨处于加速旋转状态下噪声信号的调制特性,并说明了桨叶间空化均匀性对调制特性影响的原理.进而提出了基于Hough变换和二值化DE-MON谱图的分析方法,用于估计螺旋桨的加速度参数,并运用该方法分析了水洞实测噪声数据.仿真结果验证了此分析方法的合理性.     

定子参数变化对前置定子导管桨性能的影响

采用RNG (Re-Normalisation Group)k-ε两方程模型对前置定子导管桨湍流特性进行数值模拟,并分析其水动力性能.通过与试验结果和势流理论结果的对比,验证了黏流理论预报结果的准确性和有效性.对不同定子安装角、不同定子翼型切面厚度以及不同定子叶片数目的前置定子导管桨敞水性能进行黏流理论预报,并分析了这些几何参数对前置定子导管桨性能的影响规律.
     

用升力线理论预报螺旋桨性能和桨叶表面压力分布

本文用准定常升力线理论方法计算船舶螺旋桨在船后运转特性．计算中考虑了升 力面影响及粘性对零升力角、升力曲线斜率的修正。用本文所提供的程序对Ｂ系列， ＭＡＵ系列桨敞水性征曲线进行了计算，其结果与试验值吻合甚好。     

采用CBY轴流桨搅拌槽内壁局部传热膜系数的研究

在内径为1200mm容积为1．5m^3的搅拌槽中,使用CBY螺旋桨,对牛顿流体采用量热法,研究了搅拌槽内壁局部传热膜系数沿轴向的分布情况．实验结果表明,叶轮离底距离对釜壁的局部传热膜系数分布有较大的影响．同时,本文还研究了桨径和层间距等因素对槽内壁局部传热膜系数的影响．     

径向载荷分布对螺旋桨气动性能影响的计算研究

通常认为螺旋桨叶片的径向载荷分布对于螺旋桨的气动效率有较大影响,但是,通过对比三种典型径向载荷分布螺旋桨的气动性能,本文发现：只要合理选择翼型及工作迎角,载荷分布的不同不太影响螺旋桨的效率。本文采用求解三维N-S方程确定桨叶各叶素的气动性能并根据设定的载荷分布进行剖面迎角调整的方法研究。本文的研究结果表明：如果采用本文的调整方法,在螺旋桨设计中不必重点研究载荷分布的问题。     

基于对飞行员工效影响的旋翼螺旋桨流动及噪声分析

倾转旋翼飞机的主要噪音来源于螺旋桨,而噪声对飞行员工效具有非常大的影响。本文在分析噪音对飞行员工效影响的基础上,使用计算流体力学(CFD)方法对优化设计的旋翼螺旋桨流场进行了计算分析。通过数值计算得到了旋翼螺旋桨的拉力特性、功率特性等气动性能参数。螺旋桨的拉力系数CT、功率系数CP都随着进速比J的增大而减小,螺旋桨的推进效率随着进速比的增大,先增大后减小,在设计点附近,螺旋桨推进效率达到0.87以上。采用Lowson方法对螺旋桨的辐射噪声进行了初步分析,随着螺旋桨转速的提高,各方位总声压级指向性一致,并有所提高。